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脉冲慢束空间聚焦的SIMION模拟

核电子学与探测技术 2010年第5期30卷 614-617页

作者：许红霞陈祥磊成斌熊涛高传波郝颖萍翁惠民叶邦角中国科学技术大学近代物理系安徽合肥230026

用SIMION 7.0光学离子模拟软件对正电子在慢正电子束装置的静电及静磁场中的加速、输运、空间聚焦情况进行了模拟计算,初步得到了很好的空间聚焦模拟结果。对于加速能量为0.5～30keV的正电子束流聚焦半径控制在5 mm以下,满足了实验的需要。

关键词： SIMION 脉冲慢正电子束斩波器集束腔

基于SIMION/SDS的非对称场离子谱(FAIMS)多物理场仿真研究

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现代科学仪器 2013年第6期30卷 36-40页

作者：张元曹树亚赵将杨杰总装防化驻昆明地区军代室昆明650223 防化研究院北京102205

针对非对称场离子谱(FAIMS,field asymmetric waveform ion mobility spectrometry)的设计优化,本文基于SIMION/SDS多物理场仿真研究方法,结合离子迁移率计算算法、非对称射频方波电压与直流扫描电压算法实现了非对称场离子谱(FAIMS)的... 详细信息

针对非对称场离子谱(FAIMS,field asymmetric waveform ion mobility spectrometry)的设计优化,本文基于SIMION/SDS多物理场仿真研究方法,结合离子迁移率计算算法、非对称射频方波电压与直流扫描电压算法实现了非对称场离子谱(FAIMS)的仿真。应用该仿真方法,对FAIMS迁移管的迁移区、迁移区与检测区之间的区域离子的运动进行了仿真,结果与理论分析一致。采用相同的结构及控制参数,将Satendra Prasad的实验结果与仿真结果进行对比,定量地分析仿真结果对扫描电场谱图的预测能力。结果表明,该方法能够有效地模拟离子在FAIMS迁移管中的迁移运动,对FAIMS迁移管的优化设计有着重要的意义。

关键词：离子迁移谱非对称场离子谱仿真 SIMION

质子转移反应质谱仪聚焦型漂移管的设计及仿真研究

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质谱学报 2022年第1期43卷 25-33,I0002页

作者：贺飞耀代渐雄付玉李宏邓辅龙岳寒露赵忠俊段忆翔四川大学生命科学学院四川成都610064 西北大学化学与材料科学学院陕西西安710128 四川大学机械工程学院四川成都610064 四川大学化学工程学院四川成都610064

漂移管是质子转移反应质谱仪(PTR-MS)的核心部件之一,对漂移管进行技术创新是改善仪器性能的重要途径。近年来,聚焦型漂移管(focusing drift tube, FDT)因具有离子利用率高的优点逐渐被重视。本研究报道了一种结合射频四极杆及电阻玻璃... 详细信息

漂移管是质子转移反应质谱仪(PTR-MS)的核心部件之一,对漂移管进行技术创新是改善仪器性能的重要途径。近年来,聚焦型漂移管(focusing drift tube, FDT)因具有离子利用率高的优点逐渐被重视。本研究报道了一种结合射频四极杆及电阻玻璃管的聚焦型漂移管的设计与仿真,四极杆用于提供射频聚焦场,电阻管用于产生均匀分布的直流梯度电场。基于设计的3D结构,在SIMION 8.1中构建仿真模型,采用m/z 19、55和100等3种离子对四极杆的杆体直径、射频场频率及电压幅值等参数进行系统性探究。结果表明,射频场的引入对减小离子束半径非常有效,较大直径的杆体有利于提高装置的聚焦能力,特别是对于低质荷比离子。当频率约2 MHz时,聚焦效率最高,随着电压幅值的提高,离子束半径迅速减小,随后逐渐趋平。另外,超过85%的离子能够顺利透过直径为1.0 mm的采样孔,传输效率比传统漂移管提升了约28倍。该研究对射频四极杆聚焦型漂移管(RFQ-FDT)的结构设计、SIMION建模及离子透射率均做了详细阐述,可为装置的实际应用提供一定的理论支持。

关键词：漂移管射频四极杆 SIMION 质子转移反应质谱(PTR-MS)

The Study of Microchannel Plate Gain Using SIMION

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Open Journal of Modelling and Simulation 2020年第1期8卷 1-17页

作者： Yifan Zhao Shanghai Jianping High School Shanghai China

Microchannel plates (MCP) are widely used for particle detection. The gain of chevron MCPs is related to geometrical parameters, but no study has been done through SIMION simulation. The purpose of this study is to model a chevron MCP and its secondary emission process using SIMION and determine the relationship between microchannel plate gain, voltage, channel bias angle, and diameter. Two geometry files simulated MCP electric field and shape, and a Lua program simulated secondary emission. Simulation results showed that MCP gain is proportional to voltage, angles between 5 and 15 degrees maximize gain, and gain is inversely proportional to the diameter. This study accurately simulates a chevron MCP and yields the relationship between gain, voltage, channel bias angle, and diameter. Further studies are needed to simulate electron trajectories for improved precision.

关键词： Microchannel Plate SIMION Secondary Emission Ion Simulation

四极滤质器在不同边缘场条件下的离子传输效率研究

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中国无机分析化学 2023年第9期13卷 1037-1046页

作者：杨青源黄泽建赵天琦金尚钟方向中国计量大学光学与电子科技学院杭州310018 中国计量科学研究院前沿计量科学中心国家市场监管技术创新中心(质谱)北京100029

四极滤质器(Quadrupole Mass Filter,QMF)因其高灵敏度和高选择性而广泛用于质谱分析。对其操作原理的深入理解对优化其性能至关重要。基于相空间动力学方法和离子运动理论,使用离子光学仿真软件SIMION 8.2,深入研究了四极杆入口端盖与... 详细信息

四极滤质器(Quadrupole Mass Filter,QMF)因其高灵敏度和高选择性而广泛用于质谱分析。对其操作原理的深入理解对优化其性能至关重要。基于相空间动力学方法和离子运动理论,使用离子光学仿真软件SIMION 8.2,深入研究了四极杆入口端盖与QMF电极间隙对入口边缘场及离子传输的影响。研究结果表明,端盖间隙的大小直接影响不同m/z范围内的离子传输效率。较小的间隙可以优化高m/z值的离子传输,而较大的间隙则有助于优化低m/z值的离子传输。对于质量数范围m/z 1~100 amu时,r_(0)~1.25 r_(0)的间隙大小可使离子传输效率达15.92%~25.80%,比无边缘场时提升了约2.45~3.97倍;对于质量数范围m/z 1~1000 amu时,小于0.5 r_(0)的间隙大小可使离子传输效率达12.06%~26.40%,比无边缘场时提升了约1.86~4.06倍。这项研究为调整端盖间隙以优化所需m/z值范围内的离子传输提供了理论依据,对仪器设计具有一定的参考价值。

关键词：四极滤质器边缘场 SIMION 离子传输效率相空间

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不同参数四极杆组件宽质量范围性能仿真

真空科学与技术学报 2023年第12期43卷 1003-1011页

作者：冯天佑成永军陈联董猛赵澜王星辉孙雯君兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

四极质谱计应用需求的不断扩大对四极杆组件需求量迅速增加,为满足大批量、通用化要求需研发几种固定尺寸的模块化四极杆组件,再设计不同的射频电源来满足应用需求。基于四极电场和离子运动理论,使用离子光学仿真软件SIMION对电场分布... 详细信息

四极质谱计应用需求的不断扩大对四极杆组件需求量迅速增加,为满足大批量、通用化要求需研发几种固定尺寸的模块化四极杆组件,再设计不同的射频电源来满足应用需求。基于四极电场和离子运动理论,使用离子光学仿真软件SIMION对电场分布和离子运动轨迹进行了建模和计算分析。仿真分析结果表明,在所选定仿真参数下,场半径主要决定大质荷比离子通过率曲线形状,其对不同质荷比离子通过率影响不同,对分辨率的影响随质荷比增大而减小;质荷比越小,离子稳定分离所需杆长越长,达到所需杆长前,离子通过率随杆长增加而减小,分辨率相反;直交比的增加会减小通过率、提高分辨率,对大质荷比段影响更大;频率的增加在全质荷比提高分辨率,增加低质荷比通过率,但显著降低大质荷比通过率;大尺寸杆特别适用于低质荷比离子分析,用于大质荷比时必须采取降低边缘场影响的措施。研究结果可为不同应用目的四极质谱计的设计提供参考。

关键词：四极杆组件宽质荷比范围离子通过率分辨率 SIMION

Design of an efficient monochromatic electron source for inverse photoemission spectroscopy

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Chinese Physics C 2014年第11期38卷 115-120页

作者：耿东平杨迎国刘树虎洪才浩高兴宇 Shanghai Institute of Applied Physics Chinese Academy of Sciences Institute of High Energy Physics Chinese Academy of Sciences

A design for an efficient monochromatic electron source for Inverse Photoemission Spectroscopy （IPES） apparatus is described. The electron source consists of a BaO cathode, a focus electrostatic lens, a hemispherical deflection monochromator （HDM）, and a transfer electrostatic lens. The HDM adopts a “slit-in and slit-out” structure and the degradation of first-order focusing is corrected by two electrodes between the two hemispheres, which has been investigated by both analytical methods and electron-ray tracing simulations using the SIMION program. Through the focus lens, the HDM, and the standard five-element transfer lens, an optimal energy resolution is estimated to be about 53 MeV with a beam flux of 27 μA. Pass energy （P.E.） of 10 eV and 5 eV are discussed, respectively.

关键词： beam flux electrostatic lens hemispherical deflection monochromator fringing effect energy resolu-tion SIMION

小型四极质谱测量稳定性关键技术研究及水中VOCs应用测试

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小型四极质谱测量稳定性关键技术研究及水中VOCs应用测试

作者：朴怡情中国计量大学

学位级别：硕士

质谱作为一种高灵敏、高特异性的检测技术被广泛应用。但是我国质谱技术的研究相对落后,尚有许多科学和技术问题有待解决,尤其是其测量稳定性关键技术亟需进行系统研究。挥发性有机污染物(VOCs)是水中一类重要的污染指标,是水质安全检... 详细信息

质谱作为一种高灵敏、高特异性的检测技术被广泛应用。但是我国质谱技术的研究相对落后,尚有许多科学和技术问题有待解决,尤其是其测量稳定性关键技术亟需进行系统研究。挥发性有机污染物(VOCs)是水中一类重要的污染指标,是水质安全检测的重要内容,质谱是其广泛应用的检测手段。但对水中VOCs等质谱检测、监测结果的有效性尤其是仪器测量不够稳定带来的较大误差,是国产仪器存在的关键问题之一。本论文深入分析了系统稳定性背后的由于电离室内产生空间电荷效应而引发的科学技术问题,研究了离子源电子数量的控制对系统稳定性的作用和影响。本文主要研究内容:(1)以水中挥发性有机物为检测对象,搭建一台基于电子轰击电离源的四极杆质谱系统,与气相色谱仪联用,测试系统的质量分辨率优于单位质量分辨,对校准物质八氟萘的最低检测限达到ppm级别。在对仪器的长时稳定性测试(真空本底的48h连续质谱扫描)中发现,质谱总离子流的相对标准偏差为4.77%,高于通常商业仪器规定的3%以内,系统稳定性有待提高。根据《台式气相色谱-质谱联用仪校准规范(JJF 1164-2006)》,对八氟萘-异辛烷溶液进行试验,日内重复性相对标准偏差RSD范围为4.46%～12.55%,日间重复性相对标准偏差RSD范围为10.42%～14.16%,测量重复性均高于校准规范要求的RSD不高于10%。(2)为进一步分析导致系统稳定性相对较差的原因,本论文对离子源中样品电离过程进行实验探究,包括利用离子光学仿真软件SIMION8.0对离子源内部电子的运行轨迹进行仿真、电子收集极串联电阻进行实验等。研究结果显示,由于电子接收极悬空设置产生空间电荷效应,使得电子出现反弹,与离子源灯丝的稳发射控制电路之间出现矛盾,使得离子源电离室内部电子的数量不稳定,从而引起系统稳定性较差。针对上述发现,为提高系统稳定性,本论文进一步将电子接收极接入正电压,以让电子顺利流过。经48h真空本底质谱扫描测试显示,总离子流的相对标准偏差由4.77%降低至1.47%。在此基础上,根据质谱联用仪的校准规范,对八氟萘-异辛烷溶液进行日内和日间重复性对比实验,实验结果显示:系统日内重复性相对标准偏差RSD范围由4.46%～12.55%降低至1.02%～2.86%,日间重复性相对标准偏差RSD范围由10.42%～14.16%降低至7.76%～9.66%,均符合《台式气相色谱-质谱联用仪校准规范(JJF 1164-2006)》规定日内测量重复性RSD应不大于10%,表明优化后质谱系统及GC-MS系统的仪器精密度和检测样品重复性较之前有了显著改善。(3)将优化后的系统与吹扫捕集仪器相连,对水中的VOCs标样进行测试。通过正交实验优化色谱方法,以及对质谱相关参数的优化,完成水中TVOC 9种组分的检测。定量检测重复性优于20%,在(5-150)μg/L浓度范围相关系数(r)为0.9674～0.9999。

关键词：四极杆质谱稳定性水中VOCs SIMION

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微型离子泵的结构设计与实验研究

微型离子泵的结构设计与实验研究

作者：李庆东南大学

学位级别：硕士

MEMS技术的发展带动了一系列电子器件微型化,在真空器件领域也出现了许多微型化的真空电子器件,比如微型陀螺仪芯片等。虽然目前的微腔体真空封装技术已经帮助一些真空芯片获得应用的可能,但是还存在着维持真空度比较差等问题。而微型... 详细信息

MEMS技术的发展带动了一系列电子器件微型化,在真空器件领域也出现了许多微型化的真空电子器件,比如微型陀螺仪芯片等。虽然目前的微腔体真空封装技术已经帮助一些真空芯片获得应用的可能,但是还存在着维持真空度比较差等问题。而微型离子泵则能在一定程度上帮助解决这些问题,具有良好的应用前景。本文主要针对基于场发射的微型离子泵进行了结构设计、模拟仿真优化、实验特性研究以及吸气性能的验证工作。本文先根据需要提出了初步的微型离子泵的结构设计,再通过粒子光学模拟软件SIMION对微型离子泵的关键参数的影响进行了模拟分析,根据模拟结果得到了各结构参数的优化方向,再结合工艺限制确定了具体的参数设计。接收极高度设置为3mm,接收极直径为5mm,阴阳极间之间的距离为0.3mm,也就是说其体积约为0.06立方厘米。通过实际实验研究了阳极电压、接收极电压以及气压对接收极离子流的影响,明确了气压不变的情况下,对于一个确定的阳极电压都有一个接收极电压,使得接收极上的离子流可以达到该阳极电压下的最大值。阳极电压和接收极电压存在着一定的配合关系,可以使微型离子泵获得更大的离子流。气压的变化对接收极上离子流的影响主要来自于电离率的改变,根据实验结果可知气压上升时接收极上的离子流是增大的,利用气压与离子流之间的关系,可以在无法用真空计测真空度的情况下,根据离子流大致判断腔体内的气压。最后,设计了微型离子泵的抽气验证实验,通过与对照组对比验证了微泵确实具有一定的抽速。探究了不同电极电压参数下微泵的抽速情况,在排除放气影响的情况下,微泵在阳极电压1600V接收极电压450V时取得抽速约2.8 m L/min。

关键词：场发射 SIMION 微型离子泵